ITBO20110630A1 - Elemento di supporto ottimizzato per led di potenza - Google Patents

Description

TITOLO: ELEMENTO DI SUPPORTO OTTIMIZZATO PER LED DI POTENZA

D E S C R I Z I O N E

Il presente trovato ha come oggetto un elemento di supporto ottimizzato per LED di potenza.

In elettronica un diodo ad emissione luminosa o LED (acronimo inglese di light emitting diode) è un dispositivo optoelettronico che sfrutta le proprietà ottiche di alcuni materiali semiconduttori per produrre fotoni attraverso il fenomeno dell'emissione spontanea ovvero a partire dalla ricombinazione di coppie elettrone-lacuna. Per LED di potenza si intendono quei componenti che, a seguito di un assorbimento di energia elettrica generalmente superiore (anche di più di un ordine di grandezza) rispetto a quello dei LED standard, sono in grado di generare un fascio luminoso di elevata intensità, idoneo quindi all'illuminazione di ambienti e/o aree circoscritte

Generalmente i LED di potenza sono montati su basette per circuiti elettronici del tipo denominato PCB (Printed Circuit Board).

In tal caso, a seconda della potenza, si può rendere necessario dissipare il calore, generato dai LED stessi e dalla giunzione dei loro terminale di collegamento alla basetta stessa, ricorrendo all'utilizzo di componenti dedicati come dissipatori e/o PCB con nucleo interno in metallo, quali ad esempio i cosiddetti MCPCB (METAL CORE PRINTED CIRCUIT BOARD).

Gli utilizzatori di LED ricorrono a soluzioni di facile implementazione per garantire una corretta ed efficiente dissipazione del calore, ad esempio adottando dissipatori o sovradimensionando il sistema di gestione termica.

L'acquisto di tali componenti o di tali architetture della basetta, per garantire una sufficiente dissipazione del calore, pur essendo tecnologicamente semplice e quindi di facile implementazione, determina un notevole incremento dei costi complessivi del prodotto finito.

Inoltre, la gestione di un numero elevato di componenti determina anche un aggravio dei costi di gestione dei magazzini e delle scorte dei semilavorati, risultando quindi potenzialmente poco conveniente per il produttore.

Compito principale del presente trovato è quello di risolvere i problemi sopra esposti, proponendo un elemento di supporto ottimizzato per LED di potenza idoneo alla dissipazione del calore generato dai LED.

Nell'ambito di questo compito, uno scopo del trovato è quello di proporre un elemento di supporto ottimizzato per LED di potenza semplice e di costi estremamente contenuti.

Un altro scopo del trovato è quello di proporre un elemento di supporto ottimizzato per LED di potenza costituito da un numero minimo di componenti .

Ulteriore scopo del presente trovato è quello di realizzare un elemento di supporto ottimizzato per LED di potenza di costi contenuti relativamente semplice realizzazione pratica e di sicura applicazione .

Questo compito e questi scopi vengono raggiunti da un elemento di supporto ottimizzato per LED di potenza provvisti di rispettivi terminali di contatto, comprendente uno strato di materiale isolante solido idoneo all'alloggiamento di bande in materiale conduttore connesse ai rispettivi terminali di contatto di almeno un componente scelto tra LED e apparati elettrici ed elettronici attivi e passivi, caratterizzato dal fatto che dette bande in materiale conduttivo comprendono stratificazioni incrementali aggiuntive per l'aumento della superficie di dissipazione del calore lungo le stesse e la riduzione della loro resistenza elettrica e termica.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, dell'elemento di supporto ottimizzato per LED di potenza secondo il trovato, illustrata a titolo indicativo e non limitativo, negli uniti disegni, in cui:

la fig.l rappresenta, in vista prospettiva schematica, un elemento di supporto secondo il trovato su cui è installata una pluralità di LED di potenza;

la fig.2 rappresenta, in sezione laterale schematica, un elemento di supporto secondo il trovato su cui è installato un LED di potenza.

Con particolare riferimento a tali figure è indicato globalmente con 1 un elemento di supporto ottimizzato per LED di potenza 2.

Un circuito stampato rigido a doppia faccia si compone generalmente di un substrato isolante solido, piano e di spessore costante. Questi materiali sono detti "materiali di base" si distinguono essenzialmente per la diversa rigidità dielettrica, e per la capacità di resistere alle elevate temperature e/o agli stress termici.

Su entrambe le facce esterne del substrato viene applicato, con un forte collante composto da tessuto di vetro impregnato di resina, uno strato di rame laminato avente spessore costante e predeterminato. La piastra 4 così ottenuta può essere forata per consentire il collegamento elettrico tramite fori passanti metallizzati realizzando il collegamento elettrico tra i piani superiore ed inferiore della piastra 4. In quanto componenti SMD i terminali 3 dei led 2 sono direttamente saldati al piano superiore della piastra 4 . Per ricavare dal piano pieno di rame l'insieme delle sole bande di collegamento 5 (denominate in gergo tecnico "piste") necessarie, si esegue l'asportazione chimica selettiva del rame in eccesso.

Il collegamento elettrico tra lo strato di rame superiore e quello inferiore avviene attraverso la metallizzazione di tutti i fori precedentemente realizzati, ovvero vengono metallizzati sia i fori dove successivamente verranno inseriti i vari componenti, sia appositi fori (detti "fori di vias") realizzati appunto al solo scopo di collegare lo strato superiore a quello inferiore. L'elemento di supporto 1 ottimizzato per LED di potenza 2 comprende quindi uno strato di materiale isolante solido idoneo all'alloggiamento di bande 5 in materiale conduttore connesse a rispettivi terminali di contatto 3 di almeno un componente scelto tra LED 2 e apparati elettrici ed elettronici attivi e passivi.

Le bande in materiale conduttivo 5 dell'elemento 1 secondo il trovato comprendono stratificazioni incrementali aggiuntive 6 per l'aumento della superficie di dissipazione del calore lungo le stesse e la riduzione della loro resistenza elettrica .

Le stratificazioni incrementali aggiuntive 6 possono presentare, secondo una soluzione realizzativa di particolare efficacia, dimensioni proporzionali alla quantità di calore generata dai LED e dagli apparati.

Quando il LED 3 è acceso la giunzione del LED 3 stesso genera calore e, dato che l'area del semiconduttore che genera luce (e calore) per un LED 3 da 1W è generalmente di circa l-2mm<2>, il rapporto area/potenza è molto basso e il calore deve essere dissipato per evitare che il LED si guasti per superamento della temperatura di giunzione massima, oppure che la vita del LED sia ridotta, visto che la stessa è inversamente proporzionale alla temperatura di esercizio della giunzione .

Aumentando la massa del materiale dissipante (rame) della piastra 4 in maniera proporzionale alla quantità di calore generata dai componenti (LED 2) su di essa collegati, la resistenza termica tra il punto di saldatura del LED 3 e l'ambiente viene ridotta riducendo quindi sensibilmente la temperatura di esercizio della giunzione (grazie alla quantità di calore asportata dalla stratificazione 6) .

Le stratificazioni incrementali aggiuntive 6, secondo una possibile applicazione pratica particolarmente interessante sul piano applicativo, possono presentare superficie esterna non liscia per l'incremento della superficie esposta all'ambiente e quindi della superficie delle stesse attraverso le quali si dissipa il calore .

Se la superficie esterna sarà irregolare, interessata da una pluralità di intagli, alveoli o sporti di varia conformazione, ovviamente la stratificazione 6 sarà idonea a trasferire più rapidamente e con maggiore efficienza il calore all'ambiente esterno.

E' opportuno evidenziare che, in corrispondenza dell'area di fissaggio del terminale 3 di contatto del LED 2 alla banda 5 ed alla relativa stratificazione incrementale aggiuntiva 6, il volume di materiale conduttore associato a ciascun terminale 3 è superiore a quello presente in un circuito stampato di tipo standard.

Ciò determina un conseguente incremento della conduzione termica di tale giunzione e quindi del trasferimento di calore dal LED 3 alla banda 5 ed alla relativa stratificazione 6.

Si ritiene necessario sottolineare che le stratificazioni incrementali aggiuntive 6 possono essere opportunamente disposte sulle bande 5 solo in corrispondenza delle aree contigue ai collegamenti dei terminali 3 di contatto dei LED 2 e degli apparati alla rispettiva banda 5.

In questo modo sarà anche possibile sfruttare la presenza di stratificazioni aggiuntive 5 su fori metallizzati della piastra 4 non elettricamente connessi al rispettivo terminale 3 a solamente vicini allo stesso. Infatti, per conduzione, il calore giungerà anche a tali fori prossimi al LED 2 ed attraverso la stratificazione 6 presente sugli stessi potrà efficacemente essere dissipato nell'ambiente esterno, mantenendo la temperatura del componente entro i range nominali previsti dal produttore .

Vantaggiosamente il presente trovato risolve i problemi esposti in precedenza, proponendo un elemento di supporto 1 ottimizzato per LED di potenza 2 idoneo alla dissipazione del calore generato dai LED 2. Tale dissipazione di calore sarà opportunamente progettata in modo che le stratificazioni siano idonee ad asportare la giusta quantità di calore evitando sovradimensionament i che potrebbero determinare eccessivi incrementi di peso e/o di costo per 1 'elemento 1.

Utilmente il presente trovato descrive un elemento di supporto 1 ottimizzato per LED di potenza 2 che risulta essere semplice e di costi estremamente contenuti. Ciò è possibile grazie all'uso di materiali poco costosi applicati direttamente sulle piastre 4 di normale utilizzo (i cosiddeti PCB ).

Efficacemente, l'elemento di supporto 1 ottimizzato per LED di potenza 2 è costituito da un numero minimo di componenti: ciò garantisce una maggiore efficacia di funzionamento ed una certa riduzione dei costi rispetto alle soluzioni di tipo noto per l'asportazione del calore generato dai LED 3 stessi.

Il trovato, così concepito, è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

Negli esempi di realizzazione illustrati singole caratteristiche, riportate in relazione a specifici esempi, potranno essere in realtà intercambiate con altre diverse caratteristiche, esistenti in altri esempi di realizzazione.

In pratica i materiali impiegati, nonché le dimensioni , potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e o stato della tecnica.

Claims (1)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1.Elemento di supporto ottimizzato per LED di potenza (2) provvisti di rispettivi terminali di contatto (3), comprendente uno strato di materiale isolante solido idoneo all'alloggiamento di bande in materiale conduttore (5) connesse ai rispettivi terminali di contatto (3) di almeno un componente scelto tra LED (2) e apparati elettrici ed elettronici attivi e passivi, caratterizzato dal fatto che dette bande (5) in materiale conduttivo comprendono stratificazioni incrementali aggiuntive (6) per l'aumento della superficie di dissipazione del calore lungo le stesse e la riduzione della loro resistenza elettrica e termica 2.Elemento di supporto, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette stratificazioni incrementali aggiuntive (6) presentano dimensioni proporzionali alla quantità di calore generata dai LED (2) e dagli apparati. 3.Elemento di supporto, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette stratificazioni incrementali aggiuntive (6) presentano superficie esterna non liscia per l'incremento della superficie esposta all'ambiente e quindi della superficie delle stesse attraverso le quali si dissipa il calore. 4.Elemento di supporto, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che, in corrispondenza dell'area di fissaggio del terminale di contatto (3) del LED (2) alla banda (5) ed alla relativa stratificazione incrementale aggiuntiva (6), il volume di materiale conduttore associato a ciascun terminale (3) è superiore a quello presente in un circuito stampato di tipo standard, con conseguente incremento della conduzione termica di tale giunzione e quindi del trasferimento di calore dal LED (2) alla banda (5) ed alla relativa stratificazione (6). 5.Elemento di supporto, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette stratificazioni incrementali aggiuntive (6) sono disposte su dette bande (5) in corrispondenza delle aree contigue ai collegamenti dei terminali di contatto (3) di detti LED (2) e detti apparati alla rispettiva banda (5).